灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)和萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程在估算森林資源數(shù)據(jù)中的應用
——以2010年遼寧省森林數(shù)據(jù)為例

焦大志　(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧沈陽 110122)

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灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)和萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程在估算森林資源數(shù)據(jù)中的應用
——以2010年遼寧省森林數(shù)據(jù)為例

焦大志(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧沈陽 110122)

摘要[目的]解決林業(yè)數(shù)據(jù)缺失的問題，保證遼寧省“十二五”期間征占用林地年度定額科學編制。[方法]運用灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)方法和萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程方法估算遼寧省2010年森林資源數(shù)據(jù)。[結(jié)果]2010年，遼寧省森林面積按照灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)估算結(jié)果為548.115 7萬hm2，用萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程估算結(jié)果為550.762 0萬hm2，2種方法估算的結(jié)果比較接近。[結(jié)論]兩種估算方法相互論證，保證了估算結(jié)果的準確性，有效地解決了編制方案規(guī)劃中基礎數(shù)據(jù)不全的問題，為科學合理地確定遼寧省林地可供給量與森林保有量提供了數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞森林資源；灰色系統(tǒng)理論；萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程

實施征占用林地定額[1]管理制度是貫徹落實林地用途管制制度的具體措施，是執(zhí)行中央宏觀調(diào)控政策的重要手段，也是保護林業(yè)發(fā)展空間、維護國家生態(tài)安全、建設生態(tài)文明的重要舉措[2]。為了科學編制《遼寧省“十二五”期間征占用林地定額編制報告》，在缺少2010年全省森林資源數(shù)據(jù)的基礎上，筆者以歷年國家森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)[3]為基礎，分別采用灰色系統(tǒng)理論[4]和萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移兩種方法，估算了2010年全省森林資源數(shù)據(jù)。

1資料收集

該研究采用數(shù)據(jù)來源于1984、1990、1995、2000、2005年全國森林資源連續(xù)清查統(tǒng)計資料[5](遼寧省部分)，具體如下：1985年森林面積393.55萬hm2,1990年森林面積403.96萬hm2,1995年森林面積451.05萬hm2，2000年森林面積464.1萬hm2，2005年森林面積511.98萬hm2。為了提高估算結(jié)果的準確性，保證數(shù)據(jù)間隔時段相同，將1984年數(shù)據(jù)通過等比內(nèi)插方法推算出1985年數(shù)據(jù)。遼寧省2005年新植林面積20.00萬hm2,森林面積511.98萬hm2,疏林地面積5.65萬hm2,灌木林地面積30.34萬hm2,未成林地面積15.51萬hm2,無立木林地面積12.06萬hm2,宜林地面積75.62萬hm2。

2估算方法

灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)是指對系統(tǒng)行為特征值的發(fā)展變化進行的估算，對既含有已知信息又含有不確定信息的系統(tǒng)進行的估算，也就是對在一定范圍內(nèi)變化的、與時間序列有關的灰過程進行估算。盡管灰過程中所顯示的現(xiàn)象是隨機的、雜亂無章的，但畢竟是有序的、有界的，因此可以通過對原始數(shù)據(jù)進行生成處理來尋找系統(tǒng)變動的規(guī)律，生成有較強規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列，然后建立相應的微分方程模型，從而預測事物未來發(fā)展趨勢。萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程是把初始狀態(tài)向量和各種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移概率，以及各種狀態(tài)受外界環(huán)境干擾概率結(jié)合起來，確定各個狀態(tài)的變化趨勢。

該研究采用灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)與萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程兩種方法估算遼寧省2010年資源數(shù)據(jù)。

2.1灰色系統(tǒng)理論(GM1.1)

2.1.1概念。灰色數(shù)：信息不完全的數(shù)；灰色元素：信息不完全的元素；灰色關系：信息不完全的關系；灰色系統(tǒng)：信息不完全的系統(tǒng)。

其中：

預測方程：

2.1.32010年資源數(shù)據(jù)估算。

x(0)=(393.55,403.96,451.05,464.10,511.98)

經(jīng)過累加生成

x(1)=(393.55,797.51,1 248.56,1 712.66,2 224.64)

得到灰色估算方程：

經(jīng)估算，2010年遼寧省森林面積將達548.115 7萬hm2。2.1.4估算模型后驗差檢驗。

根據(jù)上述估算結(jié)果計算

誤差概率p=p{|q(k)|}<0.674 5×S1=p{|q(k)|}<64.762 858 12=1

根據(jù)后驗查檢驗方式的規(guī)定，p>0.95,c<0.35,模型為一級。

2.2萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程

2.2.1概念。萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移：把初始狀態(tài)向量和各種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移概率，以及各種狀態(tài)受外界環(huán)境干擾概率(包括自然災害、人為活動和政策變化等)結(jié)合起來，確定各個狀態(tài)的變化趨勢。

2.2.2原理。

X(t)為t時刻的狀態(tài)向量

X(t)=[x1(t),x2(t),…,xn(t)]T

Xi(t)為t時刻的第i種狀態(tài)

P為某一個時段內(nèi)各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率

Pij為從第j種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第i種狀態(tài)的概率；

q為在一個時段內(nèi)各種狀態(tài)的噪聲干擾矩陣

qij為從第j種狀態(tài)干擾到第i種狀態(tài)的概率

萊斯里矩陣為：

X(t+1)=PX(t)+qX’(t)

X(t+1)為從第t時刻起，經(jīng)過一個時段后的狀態(tài)向量

X’(t)為t時刻的噪聲狀態(tài)向量

2.2.32010年資源數(shù)據(jù)估算。根據(jù)全省造林數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每年新植林面積20萬hm2(退耕還林、三北防護林和高速公路綠化工程等)。2006、2007和2008年的造林地，到2010年已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯郑丛炝殖晒β?0%計算，到2010年新植林轉(zhuǎn)變?yōu)樯值拿娣e為42萬hm2，其余18萬hm2變?yōu)闊o立木林地，2009和2010年造林面積作為未成林造林地,以此計算得到：

X(t)=(20.00511.985.6530.3415.5112.6989.85)T

X’(t)=(20.00553.985.6530.3455.5130.6989.85)T

結(jié)合遼寧省實際情況，采用特爾斐方法對pij進行測算結(jié)果見表3。

表3各地類轉(zhuǎn)移概率測算結(jié)果

Table3Measurementresultsoftransitionprobabilityofeachlandcategory

同理得到噪聲干擾矩陣q及qij值(表4)

則2010年遼寧省各類土地面積狀態(tài)向量X(t+1)=(53.819 0550.762 01.694 612.125 735.007 46.371 030.184 2)T

2010年遼寧省森林面積將達550.762 0萬hm2。

3估算結(jié)果分析

2010年，遼寧省森林面積按照灰色系統(tǒng)理論GM(1.1)估算結(jié)果為548.115 7萬hm2，用萊斯里動態(tài)轉(zhuǎn)移方程估算結(jié)果

表4各地類噪聲干擾概率測算結(jié)果

Table 4Measurement results of noise interference probability in each land category

為550.762 0萬hm2，兩種方法所估算的結(jié)果比較接近。為了科學合理地確定遼寧省林地可供給量與森林保有量，在確保遼寧省森林覆被率目標前提下，確定2010年遼寧省森林面積為548萬hm2。實踐證明該估算方法有效解決了林業(yè)數(shù)據(jù)缺失的問題，對科學指導林業(yè)生產(chǎn)實踐有重要作用。

參考文獻

[1] 徐軍.淺議遼寧省林地補充的途徑[J].遼寧林業(yè)科技,2013(4):39-41.

[2] 焦大志.“遼寧省‘十一五’征占用林地年度定額”編制成果分析評價[J].山東林業(yè)科技,2009,39(3):110-111.

[3] 蔣玉超.遼寧省未來森林覆蓋率預測[J].山東林業(yè)科技,2013(6):54-55.

[4] 趙炳新，韓振.農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)分析中的灰色模型及應用[J].系統(tǒng)管理學報,1994(3):69-73.

[5] 董方曉.對我國森林碳匯量的估算與分析：以遼寧省森林資源為例[J].林業(yè)經(jīng)濟,2010(9):54-57.

Application of Grey System Theory(GM1.1) and Leslie Dynamic Transfer Equation in Estimation of Forest Resource Data —A Case Study of Forest Data in Liaoning Province in 2010

JIAO Da-zhi

(Liaoning Forestry Survey and Planning Institute, Shenyang, Liaoning 110122)

Key wordsForest resources; Grey system theory;Leslie dynamic transfer equation

Abstract[Objective] The aim was to solve the problem of forestry data missing and ensure that the annual quota of forest land occupied during the period of “12th Five-Year” in Liaoning Province was scientifically compiled.[Method] Using grey system theory(GM1.1) and Leslie dynamic transfer equation, forest resource data in Liaoning Province in 2010 was estimated. [Result] In 2010, the estimated forest area in Liaoning Province according to grey system theory(GM1.1) was 5 481.157 thousand hm2, forest area estimated by Leslie dynamic transfer equation was 5 507.620 thousand hm2. The results of the two methods were quite close. [Conclusion] Two methods are proved to ensure the accuracy of estimation results, effectively solve the problem of data missing in program planning, which provides data support for scientific and reasonable determination of forest land supply and reserves in Liaoning Province.

作者簡介焦大志(1983- )，男，吉林白城人，工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究。

收稿日期2016-02-14

中圖分類號S 757.2

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)07-185-03